全国火电大机组600MW级竞赛第十届年会论文集.doc

直接指令平衡控制策略在北仑600MW机组的应用和完善赵松烈吴飞军赵万荣（设备管理部）摘要：在省调提高了机组响应AGC目标负荷的要求后，通过完善锅炉动态前馈回路、主汽压力设定值回路和热值校正回路，使直接指令平衡（DIB）的协调控制在我厂五台机组上取得了很好的效果。关键词：直接指令平衡（DIB）协调控制负荷2005年10月省调提高了机组响应AGC目标负荷的要求，我们通过应用和完善直接指令平衡（DIB）的协调控制策略，使AGC调节性能达到了省调的标准。1应用直接指令平衡控制策略的基础火电单元机组在一定的负荷变化范围内，负荷指令和机炉子系统指令在稳态时存在线性或近似线性的关系，这为应用直接指令平衡的控制策略提供了基础。直接指令平衡的控制策略采用前馈指令加闭环校正方式，将负荷指令直接送至汽机主控和锅炉主控，使汽机和锅炉同时获得最快的负荷响应。汽机侧重校正负荷，使实际负荷等于负荷指令。锅炉侧重校正压力，使主汽压力等于滑压曲线设定值。2直接指令平衡控制策略的结构我厂直接指令平衡控制策略的结构原理如图1所示。图1 北仑发电厂直接指令平衡控制策略结构原理图3锅炉指令的组成及其参数整定3.1锅炉静态前馈锅炉静态前馈是直接指令平衡协调控制的基本组成回路。通过记录不同负荷下相应的燃料量，就得到了锅炉静态前馈的参数。由于不同负荷段的机组效率不同，负荷与燃料量不完全是线性关系。3.2锅炉动态前馈锅炉动态前馈又称为KICKER，它是直接指令平衡协调控制的动态补偿回路，对快速响应调度目标负荷具有根本性的作用。从原理上说，KICKER是目标负荷的微分。如图2所示，KICKER具有以下两个特点：（1）速响应调度各种形式的目标负荷。目标负荷的变化形式包括各种幅值的阶跃变化以及不同斜率单向或双向的斜坡变化。（2） 调节手段丰富。F(X1)确定加负荷时KICKER的宽度，F(X2) 确定减负荷时的宽度。F(X3)和F(X4)确定KICKER的幅值。通过F(X5)和F(X6)对不同的负荷段乘上相应的系数，可以在不改变其它段KICKER特性的情况下实现各负荷段的分开调试。因为定压段KICKER的幅值比滑压段略小，这个功能在定滑压转换的负荷段特别有用。图2 KICKER具有的两个特点3.3 主汽压差微分回路主汽压力的偏差反映了机炉能量平衡情况。主汽压差微分回路的作用就是对机炉能量不平衡的工况提前对锅炉进行调节。主汽压差微分回路也能起到抑制锅炉内扰的作用。主汽压差微分的作用不能过强，否则易引起负荷振荡。3.4 锅炉PID积分功能的切除因为锅炉具有很大的惯性，锅炉PID积分功能一般很弱。但在锅炉静态前馈和动态前馈已准确整定的前提下，在目标负荷变化量较大时，锅炉PID积分贡献的调节量会影响负荷的稳定。因此在目标负荷和实际负荷差值超过40MW时，切除锅炉PID的积分功能。3.5 锅炉PID中负荷差和压差的比重相同的压差，负荷越高，汽机的能量需求越大，因此锅炉PID中压差的比重越大。锅炉PID中负荷差有2MW的死区。4 汽机指令的组成及其参数整定4.1 汽机前馈为了加快负荷响应，不管负荷在定压段还是滑压段，汽机指令里都有前馈分量，只是定压段的前馈分量比滑压段更大一点。汽机前馈参数的整定考虑了以下三点：1) 有限利用锅炉蓄热。在加减负荷时，使主汽压力的下跌或上升幅度不致于大大。2) 在目标负荷变化100MW时，整个调节过程中调门不会进入调节死区，否则在负荷调节基本到位后汽机回调压力的能力会受到影响。3) 调门变化和煤量变化的匹配。调门和煤量变化除了满足负荷与汽压的要求外，应有利于主再汽温的稳定。4.2 汽机PID中负荷差和压差的比重负荷越高，主汽压力越接近额定压力，为防止超压，压差的比重应越大。合理设置负荷差和压差的比重，在锅炉内扰时，也可防止汽机侧做不必要的响应。汽机PID中压差有0.2MPa的死区。5 主汽压力设定值形成回路图3 主汽压力设定值形成回路如图3所示，为了加快负荷响应，不管是在定压段还是在滑压段，汽机侧都采用无延时的前馈。因此，在加负荷时，实际主汽压力通常会表现为先下降后上升的趋势，上升的速率小于滑压曲线对应的速率。减负荷时的趋势和加负荷相反。因此，必须对根据滑压曲线来的目标压力设定值作适当的处理，才能形成主汽压力设定值。我们采用了方向判断纯延时加二阶惯性的方式形成主汽压力设定值，这样很好地拟合了实际主汽压力的变化趋势，使负荷变动过程中压差始终维持在较小值，避免了因压差过大使机炉PID参与调节而影响到直接指令平衡的准确性。6 热值校正回路应用直接指令平衡的协调控制，对判断入炉煤热值的准确性有很高的要求，否则会影响到锅炉指令的准确性，带来负荷超调或欠调。我们对热值校正回路做了两方面的修改，如图4所示。图4 修改后的热值校正回路6.1 热值校正PID的积分时间我厂协调回路热值校正PID（设定值是热量，反馈值是燃料量）原采用固定积分时间，积分时间也很长。在煤种变化或启停磨煤机后（我厂锅炉一般实行掺烧，在磨煤机启停后，入炉煤的平均热值发生了变化，相当于煤种发生了变化），由于热值校正速率过慢，在下一次负荷指令变化时容易超调或欠调。而在煤种无变化或未启停磨煤机的情况下，在负荷指令变化时，由于煤量前馈很大，热值校正PID又会做不必要的校正。现修改为：在负荷指令变化时，热值校正PID积分时间为无穷大；在负荷指令不变并延时2分钟后，积分时间切至小值，这个小值的底线是负荷调节失稳时的值。这样，在煤种变化或启停磨煤机后，热值校正速率会加快。6.2 热值校正PID的设定值热值校正PID的设定值是热量信号，它是主蒸汽流量和与汽包压力微分之和。在负荷稳定时，它实际上仅取决于汽机一级压力。理论上说，50%100%MCR范围内，一级压力和负荷具有线性关系。我厂热值校正PID的设定值就是一级压力乘上固定系数后形成的百分比热量信号。但在实际应用中，我们发现，一级压力和负荷并不是完全的线性关系。特别在夏天时，越到高负荷段，汽机排汽压力越高，这时一级压力和负荷的非线性特征很明显（图5记录了机组主蒸汽流量和负荷的关系）。这样，即使煤种未发生变化，和低负荷段时相比，高负荷段时热值校正PID的输出明显有所增大。很显然，这样的校正是不合理的。因此，我们在设定值上用一个函数块取代了原来的固定系数，把一级压力转换成热量信号的过程作非线性化处理。经过这样处理后，在煤种不变时，热值校正PID在不同的负荷段基本上有相同的输出，为直接指令控制的准确性提供了保证。图5 机组主蒸汽流量和负荷的关系7 几个影响负荷调节品质的问题的处理7.1 磨煤机一次风挡板锅炉是一个大惯性对象，其中磨煤机有纯迟延的特征。除了汽机调门前馈，我们加快负荷响应的另一个措施是在磨煤机一次风挡板上增加了煤量指令微分的前馈，减少了磨煤机的迟延。7.2 磨煤机煤量计算值在磨组启动时，考虑到磨煤机出粉的惯性，磨煤机煤量计算值采用反馈煤量乘上系数的方法。这个系数在给煤机启动后3分钟里逐渐线性地从0上升到1。这种方法虽然较好地模拟了磨煤机实际出粉量，但从整台锅炉来说，由于其它磨煤机减煤后出粉量的减少也有同样的惯性，单纯地模拟一台磨出粉的惯性会引起其它给煤机减煤量不够快的情况。实际运行表明，采用这样的方法，磨组启动时负荷的窜升量往往会超过20MW，严重影响负荷的稳定和调节。现改为：给煤机启动后，煤量计算值采用反馈煤量加5秒惯性环节，然后再乘上1.5的系数，该系数在给煤机启动后的30秒内逐减下降到1。经过这样处理，磨组启动时负荷的窜升量会控制在10MW以下。7.3 燃油量计算值在点油枪时，总燃料量中的燃油量计算值是进回油流量之差；在不点油枪时，不管进回油流量为多少值，燃油量计算值为0。由于进回油流量变送器一般不是很准，在点油枪时，燃油量计算值会突变，协调方式下会引起煤量突变和负荷晃动，严重时负荷晃动幅值可达20MW。因此将燃油量计算值改为投运的油枪组数乘上相应的系数（根据油枪额定流量和燃油热值折算），再以燃油压力加以修正。这样可消除因进回油流量不准引起点油枪时负荷晃动的现象。7.4 #2机DEH的改进措施压力修正回路是#2机DEH自身负荷闭环控制的一个手段。如果主汽压力下跌，调门将开大；如果主汽压力上升，调门将关小。在改进前，#2机DEH在远方控制方式时，DEH内部的压力修正回路仍然起作用，汽机不是一个单纯的执行级，DEH压力修正回路的作用和协调回路里压力控制的作用相冲突，使协调方式下汽机处于一个不完全受控的状态，严重影响直接指令平衡控制策略的实施。通过在DEH里取消压力修正功能，使汽机成为协调回路的执行级。7.5 #2炉二次风母管压力定值#2机在负荷500MW550MW段，由于二次风母管压力偏低，各燃烧器二次风挡板开度往往大于70，送风量调节的裕度已经很少。这样在加负荷过程中，由于风量不够会出现风煤限制的情况，使#2机实际负荷变动率达不到调度要求的9MW/min。因此，在送风机出力仍留有较大裕度的前提下，把#2炉二次风母管压力设定值曲线由表1改为表2，使高负荷时燃烧器二次风挡板仍有一定的调节裕度。表1 #2炉二次风母管压力设定值曲线（修改前）锅炉指令（）058.5100110二次风母管压力设定值（kPa）0.210.981.381.38表2 #2炉二次风母管压力设定值曲线（修改后）锅炉指令（）058.5100110二次风母管压力设定值（